JP7331106B2 - 大きい試料を顕微鏡検査するための顕微鏡および方法 - Google Patents
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Description
顕微鏡ボディに取り付けられた光学モジュールを通し第1のビーム路に沿って、またはこの第1のビーム路と交差する第2のビーム路に沿って、試料ボリュームを照明するステップ、
試料ボリュームから出射された光を、光学モジュールを通し第1のビーム路に沿って集光して伝達するステップ、
第1の光学装置または第2の光学装置と試料ボリュームとの間に配置された拡張素子を通して、第1のビーム路または第2のビーム路を案内するステップ、
試料ボリュームから集光された光を面センサによって検出するステップ。
第1のビーム路を有する第1の光学装置と、
第1のビーム路と試料ボリュームにおいて交差する第2のビーム路を有する第2の光学装置と、
第1のビーム路および/または第2のビーム路を介して試料ボリュームの一部を照明するための、好ましくは光ファイバを用いて搬送される、照明光のための入射口と、
第1の光学装置または第2の光学装置と試料ボリュームとの間に設けられた拡張素子と、
を有しており、その際に第1のビーム路または第2のビーム路は、少なくとも一部の区間で拡張素子を通過して進行し、
この場合、顕微鏡は、試料ボリュームから集光された光を検出するためのセンサ、好ましくは面センサ、を含む。
第1のビーム路を有する第1の光学装置と、
第1のビーム路と試料ボリュームにおいて交差する第2のビーム路を有する第2の光学装置と、
第1のビーム路および/または第2のビーム路を介して試料ボリュームの一部を照明するための、好ましくは光ファイバを用いて搬送される、照明光のための入射口と、または第1のビーム路および/または第2のビーム路を顕微鏡ビーム路と統合する光学ビーム路セレクタと、
第1の光学装置または第2の光学装置と試料ボリュームとの間に設けられた拡張素子と、
を有しており、その際に第1のビーム路または第2のビーム路は、少なくとも一部の区間で拡張素子を通過して進行し、
顕微鏡は、試料ボリュームから集光された光を検出するための面センサを含む。
走査型顕微鏡モード、
非線形照明モード、
共焦点モード、
ライトフィールドモード、および
光シートモード
から成る動作状態のリストに属する少なくとも2つの動作状態を有することができる。
波長可変光源、
互いに独立して切り替え可能な少なくとも2つのそれぞれ異なる放射波長を有する光源、
入射させられる光の波長を変化させる波長可変光学素子、
入射させられる光の偏光を変化させる光学遅延素子、および
少なくとも2つのビーム路セレクタを顕微鏡ビーム路に交互にまたは独立して取り入れるビーム路セレクタ交換モジュール
を含む要素のリストに属する少なくとも1つの要素を含む。
第1のビーム路および/または第2のビーム路を顕微鏡ビーム路と統合する光学ビーム路セレクタを交換するステップ、
入射させられた照明光の波長を、波長可変光源および/または波長可変光学素子を用いて変化させるステップ、および
入射させられた照明光の偏光を光学遅延素子を用いて変化させるステップ
から成るリストに属する少なくとも1つのステップを含む。
光シートモードにおける方法において、試料ボリュームの着目対象領域を同定し、
第1の顕微鏡モードへの切り替え後、同定された着目対象領域を、光シートモードよりも高い分解能を有する走査型顕微鏡法を用いて検査し、
試料ボリュームから出射された光分布を表す、面センサまたは点検出器により生成された光シートモードおよび第1の顕微鏡モードの像データを融合する、かつ/または共に表示する。
第1の光学装置、
第2の光学装置、
ビーム路セレクタ、および
ストップフィルタ
を含む要素のリストに属する少なくとも1つの要素が、収容装置に取り付けられたモジュールにおいて、繰り返し交換可能に収容されている。
3 光シート顕微鏡
4 共焦点顕微鏡
5 顕微鏡ボディ
7 機械的収容装置
9 顕微鏡ビーム路
11 光学モジュール
13 試料ボリューム
15 光
17 第1の光学装置
19 第1のビーム路
21 第2の光学装置
23 第2のビーム路
25 光学ビーム路セレクタ
27 拡張素子
29 回転軸
31 断面
33 開口部
35 ストップフィルタ
37 顕微鏡対物レンズ
39 波長選択性光学素子
41 ダイクロイックミラー
43 光シートモジュール
45 光シート
47 光源
49 ビームスプリッタ
51 スキャナ
53 点検出器ユニット
55 共焦点モジュール
57 さらに別の波長選択性光学素子
59 マニピュレーション光
61 第3の波長選択性光学素子
63 光学インタフェース
65 カメラ
67 試料台
69 試料
71 可視光光源
73 可視光
75 近赤外線光
77 蛍光
79 菅のためのインタフェース
81 非デスキャン検出器
83 広帯域光源
84 波長可変光源
85 波長可変素子
87 音響光学透過フィルタ(AOTF)
89 光シートの照明ビーム
91 共焦点照明ビーム
93 傾斜面がずらされた共焦点照明ビーム
95 後方焦点面
97 傾斜面
99 光学系
101 照明光
103 周縁領域
105 さらに別の光学系
107 無限焦点光学系
109 補正された共焦点照明ビーム
111 補正されていない共焦点照明ビーム
113 軸近傍領域
115 ミラー
115a 第1のミラー
115b 第2のミラー
117 回転軸
119 第1の角度
121 第2の角度
123 照明光成分
123a 第1の成分
125 光シートの傾斜させられた照明ビーム
127 視野
129 アーチファクト
129a 第1のアーチファクト
129b 第2のアーチファクト
131 像データ
133 第2の反射成分
135 光シートの傾斜させられた照明ビームに対する位置
137 光シートの傾斜させられていない照明ビームに対する最適な位置
139 偏向ミラー
141 透過特性
143 フィルタエッジ
145 第1のスペクトル領域
147 第2のスペクトル領域
149 光シートモード
151 第1の波長
153 第2の波長
155 第1の顕微鏡モード
157 ビーム路セレクタ交換モジュール
159 切り替え装置
160 (11)のハウジング
162 入射口
164 (11)のハウジング部分
166 ファイバカプラ
168 光ファイバ
170 コリメーション光学系
172 さらに別の結像ビーム路
174 (172)のさらに別の顕微鏡対物レンズ
176 試料ホルダ
178 (9)の光軸
180 (17もしくは19)の光軸
182 (21もしくは23)の光軸
184 (172)の光軸
186 可変レンズ
188 光学系
190 可動に配置されたミラー
192 遅延プレート
194 偏光ビームスプリッタ
196 シリンダレンズ
Claims (26)
- 顕微鏡(1)であって、前記顕微鏡(1)は、顕微鏡ボディ(5)と、顕微鏡ビーム路(9)が通過して延在する顕微鏡対物レンズのための機械的な収容装置(7)と、前記収容装置(7)に取り付け可能であり、試料ボリューム(13)を照明するためのおよび前記試料ボリューム(13)からの光(15)を集光して伝達するための光学モジュール(11)と、を含み、
前記光学モジュール(11)は、
第1のビーム路(19)を有する第1の光学装置(17)と、
前記第1のビーム路(19)と前記試料ボリューム(13)において交差する第2のビーム路(23)を有する第2の光学装置(21)と、
前記第1のビーム路(19)および/または前記第2のビーム路(23)を前記顕微鏡ビーム路(9)と統合する光学ビーム路セレクタ(25)と、
前記第1の光学装置(17)または前記第2の光学装置(21)と前記試料ボリューム(13)との間に設けられた、光束を偏向する拡張素子(27)と、
を有しており、
前記第1のビーム路(19)または前記第2のビーム路(23)は、光シートを生成するために、少なくとも一部の区間で前記拡張素子(27)を通過して進行し、
前記第2の光学装置(21)は、前記試料ボリューム(13)を横断する光シート(45)を生成するための光シートモジュール(43)として構成されており、
前記顕微鏡(1)は、前記試料ボリューム(13)から集光された光(15)を検出するための面センサを含み、
前記顕微鏡(1)は、切り替え装置(159)を有しており、前記切り替え装置(159)を用いて、前記顕微鏡(1)を可逆的にかつ反復的に、少なくとも第1の顕微鏡モード(155)または光シートモード(149)に切り替え可能である、
顕微鏡(1)。 - 顕微鏡(1)であって、前記顕微鏡(1)は、顕微鏡ボディ(5)と、顕微鏡ビーム路(9)が通過して延在する顕微鏡対物レンズのための機械的収容装置(7)と、前記収容装置(7)に取り付け可能であり、試料ボリューム(13)を照明するためのおよび前記試料ボリューム(13)からの光(15)を集光して伝達するための光学モジュール(11)と、を含み、
前記光学モジュール(11)は、
第1のビーム路(19)を有する第1の光学装置(17)と、
前記第1のビーム路(19)と前記試料ボリューム(13)において交差する第2のビーム路(23)を有する第2の光学装置(21)と、
前記第1のビーム路(19)および/または前記第2のビーム路(23)を介して前記試料ボリューム(13)の一部を照明するための、照明光のための入射口(162)と、
前記第1の光学装置(17)または前記第2の光学装置(21)と前記試料ボリューム(13)との間に設けられた、光束を偏向する拡張素子(27)と、
を有しており、
前記第1のビーム路(19)または前記第2のビーム路(23)は、少なくとも一部の区間で前記拡張素子(27)を通過して進行し、
前記第2の光学装置(21)は、前記試料ボリューム(13)を横断する光シート(45)を生成するための光シートモジュール(43)として構成されており、
前記顕微鏡(1)は、前記試料ボリューム(13)から集光された光(15)を検出するための面センサを含む、
顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡(1)は、光シートモード(149)に加え、動作状態の以下のリストすなわち、
走査型顕微鏡モード、
非線形照明モード、
共焦点モード、および、
ライトフィールドモード、
から成る動作状態のリストに属する少なくとも1つの動作状態を有する、
請求項1または2記載の顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡(1)は、切り替え装置(159)を有しており、前記切り替え装置(159)を用いて、前記顕微鏡(1)を可逆的にかつ反復的に、少なくとも第1の顕微鏡モード(155)または光シートモード(149)に切り替え可能である、
請求項2記載の顕微鏡(1)。 - 前記光学ビーム路セレクタ(25)は、波長選択性光学素子(39)である、
請求項1記載の顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡(1)は、光シート顕微鏡(3)に再構成された共焦点顕微鏡(4)である、
請求項1または2記載の顕微鏡(1)。 - 前記波長選択性光学素子(39)は、少なくとも1つのスペクトルフィルタエッジ(143)を有しており、前記スペクトルフィルタエッジ(143)は、第1のスペクトル領域(145)を第2のスペクトル領域(147)から分離し、前記波長選択性光学素子(39)は、前記第1のスペクトル領域(145)と前記第2のスペクトル領域(147)とに対し、それぞれ異なる透過特性および反射特性(T、R)を有しており、
前記光シートモード(149)では、前記スペクトルフィルタエッジ(143)は、スペクトルに関して、前記試料ボリューム(13)に入射させられる光(15)の第1の波長(151)と前記試料ボリューム(13)から集光される光(15)の第2の波長(153)との間に位置しており、
前記第1の顕微鏡モード(155)では、前記光(15)の前記第1の波長(151)と前記第2の波長(153)とは、共通に、前記第1のスペクトル領域(145)内または前記第2のスペクトル領域(147)内に位置している、
請求項5記載の顕微鏡(1)。 - 前記切り替え装置(159)は、以下を含む要素のリストすなわち、
波長可変光源(84)、
互いに独立して切り替え可能な少なくとも2つのそれぞれ異なる放射波長を有する光源(84)、
入射させられる前記光(15)の波長を変化させる波長可変光学素子(85)、
入射させられる前記光の偏光を変化させる光学遅延素子、および、
少なくとも2つの光学ビーム路セレクタ(25)を前記顕微鏡ビーム路(9)に交互にまたは独立して取り入れるビーム路セレクタ交換モジュール(157)、
を含む要素のリストに属する少なくとも1つの要素を含む、
請求項1または4記載の顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡(1)は、少なくとも1つの光源(47)を含み、前記光源(47)は、光(15)を少なくとも2つのそれぞれ異なる波長領域内で放射し、前記少なくとも2つのそれぞれ異なる波長領域(151、153)の前記少なくとも1つの光源(47)の光は、互いに独立して前記顕微鏡ビーム路(9)に入射可能であり、前記光源(47)の前記それぞれ異なる波長領域(151、153)のうち少なくとも2つの波長領域は、前記波長選択性光学素子(39)のそれぞれ異なる前記スペクトル領域(145、147)内に位置する、
請求項7記載の顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡ビーム路は、前記第1の光学装置(17)および/または前記第2の光学装置(21)の後方焦点面(95)に対し垂直に位置する法線に対し傾斜させて、前記光学モジュール(11)に供給可能であり、前記第2の光学装置(21)および/または前記拡張素子(27)は、前記第2の光学装置(21)の前記後方焦点面(95)の法線に対する前記顕微鏡ビーム路(9)の傾斜に依存して傾斜可能である、
請求項1から9までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 前記波長選択性光学素子(39)から実質的に前記第2の光学装置(21)に向けて透過させられる前記第2のスペクトル領域(147)の反射成分(123)を減衰または阻止するストップフィルタ(35)、および/または
前記第1の光学装置(17)の後方焦点面(95)を移動させるさらに別の光学装置(105)が、
前記第1のビーム路(19)内に設けられている、
請求項7または9記載の顕微鏡(1)。 - 以下を含む要素のリストすなわち
前記第1の光学装置(17)、
前記第2の光学装置(21)、
前記第1のビーム路(19)および/または前記第2のビーム路(23)を前記顕微鏡ビーム路(9)と統合する光学ビーム路セレクタ(25)、および
前記ストップフィルタ(35)
を含む要素のリストに属する少なくとも1つの要素が、前記収容装置(7)に取り付けられたモジュール(11)において、繰り返し交換可能に収容されている、
請求項11記載の顕微鏡(1)。 - さらに別の結像ビーム路(172)が設けられており、前記結像ビーム路(172)は、さらに別の顕微鏡対物レンズ(174)およびさらに別の検出器を有しており、前記さらに別の結像ビーム路(172)の前記対物レンズ(174)によって、前記試料ボリューム(13)を、前記光学モジュール(11)とは反対の側から前記さらに別の検出器に結像可能である、
請求項1から12までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 前記さらに別の結像ビーム路(172)は、前記光学モジュール(11)に対し相対的に可動であり、または、前記第1の光学装置(17)は、前記第2の光学装置(21)に対し相対的に可動である、
請求項13記載の顕微鏡(1)。 - 前記第1の光学装置(17)または前記第2の光学装置(21)と前記試料ボリューム(13)との間に配置された前記拡張素子(27)に加えて、さらに別の拡張素子が、それぞれ他方の前記光学装置(21;17)と前記試料ボリューム(13)との間に配置されている、
請求項1から14までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡ビーム路(9)の光軸(178)および前記第1の光学装置(17)の光軸(180)および/または前記第2の光学装置(21)の光軸(182)および/または場合によっては前記さらに別の結像ビーム路(172)の光軸(184)は、1つの共通の物体フィールドと交差している、
請求項1から15までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 前記第1の光学装置(17)および/または前記第2の光学装置(21)および/または場合によっては前記さらに別の結像ビーム路(172)は、可変レンズ(186)または可変に設定可能な液体レンズまたはズーム光学系を有する、
請求項1から16までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡(1)は、スキャナによって動的な光シートを生成可能である、
請求項1から17までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 前記顕微鏡(1)は、シリンダレンズによって静的な光シートを生成可能である、
請求項1から17までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 前記第1の光学装置(17)および/または前記第2の光学装置(21)は、有限光学系または無限光学系を備えた顕微鏡対物レンズ(37)を有する、
請求項1から19までのいずれか1項記載の顕微鏡(1)。 - 試料ボリューム(13)を照明するためのおよび前記試料ボリューム(13)からの光(15)を集光して伝達するための光学モジュールであって、前記光学モジュールは、顕微鏡対物レンズのための顕微鏡(1)の機械的な収容装置(7)に適合可能であり、前記収容装置(7)を通過して顕微鏡ビーム路(9)が延在しており、前記光学モジュール(11)は、
第1のビーム路(19)を有する第1の光学装置(17)と、
前記第1のビーム路(19)と前記試料ボリューム(13)において交差する第2のビーム路(23)を有する第2の光学装置(21)と、
前記第1のビーム路(19)および/または前記第2のビーム路(23)を介して前記試料ボリューム(13)の一部を照明するための、照明光のための入射口(162)または前記第1のビーム路(19)および/または前記第2のビーム路(23)を前記顕微鏡ビーム路(9)と統合する光学ビーム路セレクタ(25)と、
前記第1の光学装置(17)または前記第2の光学装置(21)と前記試料ボリューム(13)との間に設けられた、光束を偏向する拡張素子(27)と、
を有しており、
前記第1のビーム路(19)または前記第2のビーム路(23)は、少なくとも一部の区間で前記拡張素子(27)を通過して進行し、
前記第2の光学装置(21)は、前記試料ボリューム(13)を横断する光シート(45)を生成するための光シートモジュール(43)として構成されており、
前記顕微鏡(1)は、前記試料ボリューム(13)から集光された光(15)を検出するための面センサを含む、
光学モジュール。 - 請求項1から20までのいずれか1項に従い形成された顕微鏡(1)を用いて試料ボリューム(13)を観察する方法であって、以下のステップを含む、すなわち、
顕微鏡ボディ(5)に取り付けられた光学モジュール(11)を通し第1のビーム路(19)に沿ってまたは前記第1のビーム路と交差する第2のビーム路(23)に沿って、前記試料ボリューム(13)を照明するステップと、
前記試料ボリューム(13)から出射された光(15)を、前記光学モジュール(11)を通し前記第1のビーム路(19)に沿って集光して伝達するステップと、
第1の光学装置(17)または第2の光学装置(21)と前記試料ボリューム(13)との間に配置された拡張素子(27)を通して、前記第1のビーム路(19)または前記第2のビーム路(23)を案内するステップと、
前記試料ボリューム(13)から集光された光(15)を面センサによって検出するステップと
を含む方法。 - さらに第1の顕微鏡モード(155)と光シートモード(149)とで切り替えを実施し、
前記第1の顕微鏡モード(155)では、前記試料ボリューム(13)を前記第1のビーム路(19)に沿って照明し、
前記光シートモード(149)では、前記試料ボリューム(13)を前記第2のビーム路(23)に沿って照明する、
請求項22記載の方法。 - 前記切り替えは、以下のステップから成るリストすなわち、
前記第1のビーム路(19)および/または前記第2のビーム路(23)を顕微鏡ビーム路(9)と統合する光学ビーム路セレクタ(25)を交換するステップと、
入射させられた照明光(101)の波長を、波長可変光源および/または波長可変光学素子を用いて変化させるステップと、
入射させられた前記照明光(101)の偏光を、光学遅延素子を用いて変化させるステップと、
から成るリストに属する少なくとも1つのステップを含む、
請求項23記載の方法。 - 前記光シートモード(149)における方法において、前記試料ボリューム(13)の着目対象領域を同定し、
前記第1の顕微鏡モード(155)への切り替え後、同定された前記着目対象領域を、前記光シートモード(149)よりも高い分解能を有する走査型顕微鏡法を用いて検査し、
前記試料ボリューム(13)から出射された光分布を表す、前記面センサまたは点検出器により生成された像データを融合するかつ/または共に表示する、
請求項24記載の方法。 - 前記試料ボリューム(13)の照明と同時に、前記照明光(101)とは異なる光(15)を、前記試料ボリューム(13)内に配置された試料(69)上または前記試料(69)内に入射させる、
請求項24または25記載の方法。
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